(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2019-536286(P2019-536286A)

(43)【公表日】2019年12月12日

(54)【発明の名称】ランダムに構成されるボイドを有するナノ粒子層により高められた接着

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/52 20060101AFI20191115BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/52 E

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2019-526469(P2019-526469)

(86)(22)【出願日】2017年11月10日

(85)【翻訳文提出日】2019年7月16日

(86)【国際出願番号】US2017061078

(87)【国際公開番号】WO2018093677

(87)【国際公開日】20180524

(31)【優先権主張番号】15/354,137

(32)【優先日】2016年11月17日

(33)【優先権主張国】US

(71)【出願人】

【識別番号】390020248

【氏名又は名称】日本テキサス・インスツルメンツ合同会社

(71)【出願人】

【識別番号】507107291

【氏名又は名称】テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド

(74)【1名の代理人】

【識別番号】100098497

【弁理士】

【氏名又は名称】片寄 恭三

(72)【発明者】

【氏名】ベンジャミン スタッセン クック

【テーマコード（参考）】

5F047

【Ｆターム（参考）】

5F047AA11

5F047BA14

5F047BA15

5F047BA16

5F047BB11

5F047FA21

5F047FA51

(57)【要約】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

デバイスであって、
第１の材料の基板、
前記基板の表面に接する第２の材料の層であって、ランダムな分布及びランダムな三次元構成を有するボイドを含む、第２の材料の前記層、
前記基板の前記表面に位置する拡散領域であって、前記第１の材料における前記第２の材料の混合物を含む、前記拡散領域、及び
前記第２の材料の層上の重合体化合物であって、前記第２の材料の前記層における前記ボイドを充填する、前記重合体化合物、
を含む、デバイス。

【請求項2】

請求項１に記載のデバイスであって、前記ボイドの幾つかが、実質的な球形及びエントランスを有する、デバイス。

【請求項3】

請求項１に記載のデバイスであって、前記基板が金属性リードフレームである、デバイス。

【請求項4】

請求項３に記載のデバイスであって、前記金属性リードフレームが、ベース金属、及び前記ベース金属上にメッキされる金属層を含む、デバイス。

【請求項5】

請求項３に記載のデバイスであって、半導体チップが、前記金属性リードフレーム上に搭載され、前記重合体化合物により覆われる、デバイス。

【請求項6】

請求項１に記載のデバイスであって、前記第２の材料が、金属、金属酸化物、酸化物、及びセラミックを含むグループから選択される、デバイス。

【請求項7】

基板改変のための方法であって、
第１の材料の基板を提供すること、
前記基板の表面上に溶剤ペーストの層を付加的に堆積することであって、前記溶剤ペーストが、
第１の重量パーセントの第２の材料のナノ粒子であって、バルクの第２の材料の融点温度より低い融点温度をつくるサイズを有する、前記第２の材料の前記ナノ粒子と、
前記第１の重量パーセントより小さい第２の重量パーセントの第３の材料のナノ粒子であって、前記第２の材料の前記ナノ粒子サイズと少なくとも同じくらいの大きさのサイズ及び前記第２の材料の前記ナノ粒子の前記融点温度より高い温度の融点を有する、前記第３の材料の前記ナノ粒子と、
を含む、前記溶剤ペーストの層を付加的に堆積すること、
前記第２の材料の前記ナノ粒子の前記融点温度で前記第２の材料を共にシンターすることであって、シンターされた構造が、前記第３の材料の前記ナノ粒子を囲む、前記シンターすること、及び
前記第３の材料の前記ナノ粒子を取り除くことにより前記第２の材料の層においてボイドをつくること、
を含み、
前記ボイドが、ランダムな分布及びランダムな三次元構成を有する、
方法。

【請求項8】

請求項７に記載の方法であって、前記基板が、金属性基板、金属性リードフレーム、及び、絶縁性層と交互にされた金属層を含むラミネートされた基板、を含むグループから選択される、方法。

【請求項9】

請求項８に記載の方法であって、前記第１の材料が、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄ニッケル合金、及びコバール（商標）を含むグループから選択される、方法。

【請求項10】

請求項９に記載の方法であって、前記第１の材料が、スズ、銀、ニッケル、パラジウム、及び金を含むグループから選択される金属のメッキ層を含む、方法。

【請求項11】

請求項７に記載の方法であって、付加的に堆積する前記方法が、スクリーン印刷、フレキソ印刷、凹版印刷、ディップ被覆、スプレー被覆、並びに、圧電性、熱的、音響、及び静電気インクジェット印刷を含む、インクジェット印刷を含むグループから選択される、方法。

【請求項12】

請求項７に記載の方法であって、前記第２の材料が、金属、金属酸化物、酸化物、及びセラミックを含むグループから選択される、方法。

【請求項13】

請求項１２に記載の方法であって、前記第２の材料の前記ナノ粒子の前記サイズが約１０ｎｍから２０ｎｍまでの範囲である、方法。

【請求項14】

請求項７に記載の方法であって、前記第３の材料が、重合体、酸化物、セラミック、金属、及び金属酸化物を含むグループから選択される、方法。

【請求項15】

請求項７に記載の方法であって、前記第２のナノ粒子をシンターするためのエネルギーが、熱エネルギー、光エネルギー、電磁エネルギー、及び化学エネルギーを含むグループから選択される、方法。

【請求項16】

請求項７に記載の方法であって、前記第３のナノ粒子を取り除く前記方法が、加熱、気相エッチング、及び液相エッチングを含むグループから選択される、方法。

【請求項17】

請求項７に記載の方法であって、前記ボイドの幾つかが、実質的な球形及び狭いエントランスを有する、方法。

【請求項18】

パッケージングされる半導体デバイスの接着を高めるための方法であって、
第１の材料の基板を提供すること、
第１の重量パーセントの第２の材料のナノ粒子、及び前記第１の重量パーセントより小さい第２の重量パーセントの第３の材料のナノ粒子を含む溶剤ペーストを提供することであって、
前記第２の材料の前記ナノ粒子が、バルクの第２の材料の融点温度より低い温度の融点を提供するサイズを有し、前記第３の材料の前記ナノ粒子が、前記第２の材料の前記ナノ粒子サイズと少なくともと同じくらいの大きさのサイズ及び前記第２の材料の前記ナノ粒子の前記融点温度より高い温度の融点を有する、前記溶剤ペーストを提供すること、
前記基板の表面上に前記ペーストの層を付加的に堆積すること、
前記第２の材料の前記温度を、前記第２の材料の前記融点を上回る温度まで増大させるため、エネルギーを提供すること、
前記第２の材料の前記ナノ粒子を、前記第３の材料の前記ナノ粒子を囲む液体内に共にシンターすること、及び同時に、第２の材料を前記基板の前記表面の前記第１の材料内に拡散すること、
前記第３の材料の前記ナノ粒子を囲む第２の材料の固体層をつくるため、前記第２の材料の前記液体を固化させること、
前記第３の材料の前記ナノ粒子を取り除くことにより前記第２の材料の前記層においてボイドをつくることであって、前記ボイドが、ランダムな分布及びランダムな三次元構成を有すること、
前記第２の材料の前記層及び前記基板の前記表面を重合体化合物内に封止することであって、前記重合体化合物が前記第２の材料の前記層における前記ボイドを充填すること、
を含む、方法。

【請求項19】

請求項１８に記載の方法であって、前記基板が金属性リードフレームである、方法。

【請求項20】

請求項１８に記載の方法であって、前記第２の材料が、金属、金属酸化物、酸化物、及びセラミックを含むグループから選択される、方法。

【請求項21】

請求項２０に記載の方法であって、前記第２の材料の前記ナノ粒子の前記サイズが約１０ｎｍから２０ｎｍまでの範囲である、方法。

【請求項22】

請求項１８に記載の方法であって、前記第３の材料が、重合体、酸化物、セラミック、金属、及び金属酸化物を含むグループから選択される、方法。

【請求項23】

請求項１８に記載の方法であって、付加的に堆積する前記方法が、スクリーン印刷、フレキソ印刷、凹版印刷、ディップ被覆、スプレー被覆、並びに、圧電性、熱的、音響、及び静電気インクジェット印刷を含む、インクジェット印刷を含むグループから選択される、方法。

【請求項24】

請求項１８に記載の方法であって、前記第３のナノ粒子を取り除く前記方法が、加熱、気相エッチング、及び液相エッチングを含むグループから選択される、方法。

【請求項25】

請求項１８に記載の方法であって、前記封止するプロセスの前に、前記基板上に半導体回路チップをアセンブルするプロセスを更に含み、前記半導体回路チップが前記封止するプロセスの後の前記パッケージ内に位置し得るようにする、方法。

【発明の詳細な説明】

本発明は、概して半導体デバイスに関し、更に特定して言えば、接着を高めるため、パッケージされた半導体デバイスに適用される制御された多孔性を備えるマルチコンポーネントナノ粒子層の構造及び製造方法に関連する。

半導体パッケージは、それらの機能に基づいて、種々の異なる材料を含む。リードフレーム及び接合として形成される金属が、機械的安定性及び電気的及び熱的コンダクタンスのために用いられ、重合体モールディング化合物などの絶縁体が、封止及びフォームファクタ（form factors）のために用いられる。パッケージング製造フローにおいて、従来の慣例は、チップをそれぞれのリードに接続し、その後、アセンブルされたチップを、封入されたパーツを機械的損傷及び湿気及び光などの環境的影響に対して保護するパッケージに封止する一方で、トラブルのない電気的接続を提供するために、半導体チップをリードフレームのストリップに取り付ける。封止工程の後、パッケージチップは、トリミング及び形成工程により、リードフレームストリップからディスクリートユニットへと分離される。 一般的な封止手法は、トランスファモールディング法である。取り付け及び接続されたチップを備えるリードフレームストリップが、各々アセンブルされたチップの周りのキャビティを形成する、スチールモールドに置かれる。半粘性熱硬化性重合体化合物が、リードフレームストリップにわたりランナーを介して押され、ゲートを介して各キャビティに入る。キャビティを充填した後、化合物は、重合により固化され得る。最終的に、ディゲート工程において、ランナーにおける化合物は、キャビティを充填する化合物から各ゲートにおいて外される。 パッケージの均一性及び整合性を確実にするため、金属性及び非金属材料は、製品寿命の間、互いに接着する一方で、機械的振動、温度スウィング、及び湿気変動に耐えることが期待される。接着不良は、パッケージに湿気を侵入させ、電気的リーク及び化学的腐食によるデバイス欠陥を引き起こす。これは更に、半導体チップの基板に対する取り付けの欠陥、ワイヤボンドの破損及びはんだバンプのクラック、及び劣化した熱的及び電気エネルギー放散につなが得る。 従来の半導体技術は、パッケージが、剥離なしに加速試験及び使用条件をパスするように、多様化した材料間の接着のレベルを上げるために多数の方法を用いる。その取り組みには、モールディング化合物を化学的に浄化すること、モールディングプロセスのすぐ前のプラズマなどにより、リードフレーム金属表面を活性化すること、及びベース金属を酸化することによりリードフレーム金属の重合体化合物に対する親和性を高めること、がある。また、くぼみ、グルーブ又は突起、突出部、及びその他の三次元特徴などの設計特徴が、パッケージ材料との改善された連結のために、リードフレーム表面に付加される。 半導体パッケージにおいてリードフレーム、チップ、及び封止化合物間の接着を増大させるための従来の技術の別の例は、金属シートからパターンをスタンピング又はエッチングした後リードフレーム表面を化学的にエッチングすることによる、リードフレーム表面全体の粗化である。化学的エッチングは、エッチャントを用いるサブトラクティブプロセスである。化学的エッチングは、およそ１μｍ又はそれ以下の粗さの微晶質金属表面をつくる。リードフレームの一つの表面のみを粗化するため、粗化されていないリードフレームに対して、約１０〜１５％のコストを付加する。 粗い表面を達成するための更に別の従来の方法は、粗い金属（ニッケルなど）層を堆積するための、ニッケルめっき槽などの特殊金属めっき槽の利用である。この方法はアディティブプロセスであり、つくられる表面粗さはおよそ１〜１０μｍである。リードフレーム表面の粗化は、幾つかの歓迎されない副次的作用を有し得る。視覚システムは、粗化された表面を見るのが困難であるため、表面の一般的な粗化はワイヤボンディングに負の影響を与える。粗い表面はキャピラリ寿命を短縮させ、粗い表面上の微細汚染物質は、ボンディング整合性を劣化させる。概して、レジン構成要素が、チップ取り付け化合物のバルクから分離し、チップパッドの表面の上に広がるとき、粗い表面は、よりブリーディングを起こす傾向がある。樹脂ブリードは、湿気レベル感度を劣化させ得、チップパッド上のダウン接合と干渉し得る。選択的粗化手法が用いられることもあるが、これは、再利用可能なシリコーンラバーマスク又はガスケットに関与し、従って、選択的粗化は高価である。例えば、化学的粗化を選択されたリードフレームエリアに制限するための保護マスクは、粗化されないリードフレームに対して約３５〜４０％のコストを付加する。 特に、デバイス小型化の別の縮小工程が実装されるとき接着性効率が更に低減するので、こういった労力の全てにおける成功は限定されてきている。

【国際調査報告】